3D-Softproof zur akkuraten Simulation volumetrischer Lichtstreueffekte und prozessbedingter geometrischer Fehler im 3D-Druck

Abstract

Mit dem Ziel, die Vorhersehbarkeit des visuellen Erscheinungsbilds von 3D-Drucken mit streuenden Materialien im Vollfarb-3D-Druck zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Transluzenz, wurden in diesem Vorhaben drei Schwerpunkte verfolgt. Im ersten Schwerpunkt wurden Simulationen für die korrekte Darstellung der Transluzenz von 3D-gedruckten Objekten entwickelt. Im zweiten Schwerpunkt wurde die Charakterisierung der im 3D-Druck verwendeten Materialien vereinfacht, sodass durch Mesungen mit einem Spektrometer die optischen Eigenschaften geschätzt werden können. Der dritte Schwerpunkt widmete sich der 3D-Farbkommunikation sowie der Standardisierung für den Vollfarb-3D-Druck. Im Rahmen des ersten Schwerpunkts erfolgte eine (Weiter)entwicklung der Forschungs-Renderer mit dem Ziel, eine realitätsnahe Darstellung der Transluzenz bei 3D-Drucken zu erreichen. Der im vorigen Projekt entwickelte Renderer [1] , der aus den optischen Eigenschaften von Materialien und deren genaue geometrische Positionierung das Erscheinungsbild simuliert, wurde dahingehend optimiert, dass Farbabweichungen 𝛥𝛥E00 unter 2 erreicht wurden. Des Weiteren wurde ein zusätzlicher Renderer entwickelt, der auf Basis von RGBA-Definitionen ein repräsentatives Erscheinungsbild simuliert. Im zweiten Schwerpunkt erfolgte eine Charakterisierung der optischen Eigenschaften der im grafischen 3D-Druck typischerweise eingesetzten Tinten. Zunächst wurden die optischen Eigenschaften, d.h. der Brechungsindex, der Streu-Anisotropie Faktor, der Absorptionskoeffizient und der effektive Streukoeffizient, mit Laborgeräten präzise gemessen. Anschließend erfolgte eine systematische Untersuchung der optischen Eigenschaften von Materialmischungen. Ziel dieser Untersuchungen war es, die optischen Eigenschaften der Materialmischungen aus den optischen Eigenschaften der Grundmaterialien vorherzusagen. Im weiteren Verlauf wurde eine neuartige Methode zur Schätzung der optischen Eigenschaften eines 3D-Drucks mit einfacheren Messgeräten konzipiert und implementiert. Dazu wurde ein exemplarischer Messkopf eines handelsüblichen Spektrophotometers simuliert. Deep-Learning-Algorithmen ermöglichen daraufhin die Berechnung der optischen Eigenschaften. Im dritten Schwerpunkt wurde die Farbkommunikation im Vollfarb-3D-Druck vorangebracht. Dies erfolgte durch die Entwicklung eines Austauschfarbraums und die Untersuchung der Darstellung von Farbe und Transluzenz in den gängigen 3D-Druck-Tools. Darüber hinaus wurde die internationale Standardisierung des Alpha-Parameters (ISO 19307) zur empfindungsgemäßen Bestimmung der Transluzenz unterstützt. Des Weiteren wurden neue Lösungen für die Messung des Alpha-Parameters erörtet sowie alternative Methoden zur Sortierung von 3D-Objekten basierend auf ihrer Transluzenz untersucht. Datei-Upload durch TIB